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全基因组具有比单个或多基因标记更丰富的信息位点，能获得支持率更高的系统发育树。相对于核基因组和线粒体基因组，叶绿体基因组具有结构保守、进化速率适中、易于获得的特点，因此在植物系统发育学研究中具有更多的应用，可以为一些分类困难的类群提供解决方案。而基因组学与系统发育学相结合的系统发育基因组学为人们认识物种间的亲缘和进化关系提供了新的视野。 安息香科属于菊类基部的杜鹃花目，是一类常绿或落叶小乔木，含有12个属约165种，主要分布在温带到热带的美洲、西太平洋沿岸和地中海地区。以往依据形态特征和少量叶绿体或核基因而建立的科内系统进化关系一直存在分辨率低、属间关系不确定的问题，同时也不能确定与之亲缘关系最近的姐妹类群，因此阻碍了生物地理学和形态性状进化的进一步分析。本研究中我们对安息香科的19个种的叶绿体基因组进行了测序，代表了其12个属中的11个。同时首次增加了杜鹃花目的山矾科、岩梅科、山榄科、桤叶树科4个科5个代表种的取样和叶绿体基因组测序。共构建了22个种的叶绿体群基因组物理图谱。选择菊类除杜鹃花目外的其它分支、一部分蔷薇类分支以及早期真双子叶和单子叶作为外类群，共60个类群建立矩阵，利用多种序列策略来重建安息香科的系统进化关系和菊类植物背景下杜鹃花目的骨架结构。此外，还比较了安息香科与近缘类群的叶绿体基因组结构与变异，计算了79个蛋白编码基因的同义与非同义替换速率。主要结果如下: 1.安息香科的叶绿体基因组结构及进化 安息香科叶绿体基因组是典型的被子植物四分体结构，即大单拷贝区(83，241-90，194 bp)、两个反向重复区(25，474-26，760 bp)、小单拷贝区(17，991-19，235 bp)。11个属之间长度差异较小，在155，226-159，136 bp之间，GC含量约为37％，与猕猴桃科、山茶科等相近。安息香科叶绿体基因组一般编码113个不同基因，包括79个蛋白编码基因，30个tRNA基因，和4个rRNA基因。但在赤杨叶属、岐序野茉莉属和山茉莉属的叶绿体基因组中丢失了accD或clpP等基因，并且赤杨叶属和双齿山茉莉属的clpP基因后两个外显子发生了合并。除了基因丢失，赤杨叶属和岐序野茉莉属在大单拷贝区发生了长度约为20kb反转。反转区包含了从trnQ-UUG到rpoB的14个基因，基因组成和相对位置与正常基因组的相同。安息香科其它属种以及山矾科、山榄科、桤叶树科的反向重复区与大多数被子植物大小相似，仅发生了小幅度的收缩或扩张。 计算蛋白编码区和非编码区的变异位点百分数后，发现其中三个基因的变异率远高于蛋白编码基因的平均水平(7.46％)，分别为clpP(36.83％)、ycf1(23.25％)和rpl22(22.93％)，甚至高于非编码区。蛋白编码基因的同义替换率一般高于非同义替换，accD基因的同义替换率最高，达到0.4453。三个基因ycf2(2.4951)，rp123(1.2942)，ycf1(1.1393)的dN/dS值大于1，显示这些基因经历了正选择，相应的功能可能发生了适应性进化。 2.系统发育基因组学 我们将79个蛋白编码基因抽提并组成串联矩阵，不同物种数所构建的最大似然树与贝叶斯树基本是相似的。以基因位置为矩阵分区的结果在支持率上略高于合并分区。除了利用79个蛋白编码，我们还分别基于大单拷贝区、小单拷贝区、反向重复区、和去掉一个反向重复区的叶绿体基因组重新建树。结果利用大单拷贝区和整个叶绿体基因组序列构建的科内关系支持率略高于蛋白编码基因的结果，并且在此分析中原本系统位置不确定的白辛树属为单系类群。 所有基于叶绿体基因组的结果均支持安息香科的近缘类群为岩梅科而不是山矾科，这三个科构成了杜鹃花目最内侧分支。杜鹃花科、山榄科和猕猴桃科形成一支位于山矾科外侧。山茶科单独为一支，与前面的类群成为姐妹。凤仙花科形成了杜鹃花目的基部类群，与前人研究保持一致。安息香科内部的系统关系也得到了更好的解决，并强烈支持安息香科为单系类群。最大的属安息香属不再与山茉莉属形成姐妹关系，而是单独一支最先分化，位于安息香科的基部，其次出现山茉莉属、紧接着为赤杨叶属与岐序野茉莉属形成姐妹群。其它各属的系统学位置相比前人的研究得到了较好的澄清。在安息香科的叶绿体基因组中，赤杨叶属与岐序野茉莉属发生了20 kb的序列反转和基因accD及clpP的丢失。这两个属总是紧密地聚成一支，我们推测其叶绿体基因组的变异可能早于这些物种的分化，因此可以作为它们的同源衍征。安息香属，山茉莉属，赤杨叶属以及岐序野茉莉属依次分别位于系统发育树的外侧，它们的花萼筒都只是较浅地包被子房;而银钟花属、白辛树属、陀螺果属、秤锤树属等位于系统发育树的内侧，它们的花萼筒都是较深的联合而包被子房。因此从总体来看，安息香科的系统进化关系与依靠果实的性状特征所进行的分类高度吻合，而果实的性状是安息香科属间划分的最主要特征。我们推测，深度联合的花萼筒可以更好地保护子房，是一种晚出的或进化的特征。基部类群安息香属为特殊的双被胚珠，而其它属均为单被胚珠。我们推测，在安息香科内有两种进化方向:(1)由宿存花萼仅存在于成熟果实基部向宿存花萼包被大部分果实，(2)由相对原始的双被胚珠向单被胚珠进化。安息香科可能起源于始新世中后期，约40个百万年以前，安息香属可能于第三纪中期即中新世（约11个百万年以前）早先分化并快速辐射，扩展分布区，因此种类较多，分布较广。而其它类群种类较少，分布面积狭窄，可能在第三纪晚期气候变冷时其分化受到影响。 本次系统发育基因组学研究显示通过叶绿体基因组的遗传信息可以较好地解决安息香科的系统进化关系，同时杜鹃花目的骨架结构更加清晰。说明尽管叶绿体基因组在生物整个基因组中所占比例较小，但也可以作为有价值的系统发育重建的证据。其反映的分子进化关系能较好地契合形态和分类学处理，因而为将来整个科的生物地理学和性状进化分析提供了重要依据。